หน่วย4_คลื่น

หน่วยการเรยี นรู้ที่ 4

คล่ืน

ตัวชว้ี ัด

• สงั เกตและอธบิ ายการสะทอน การหักเห การเล้ยี วเบน และการรวมคลนื่
• สังเกตและอธิบายความถ่ีธรรมชาติ การส่นั พอง และผลท่ีเกิดขึน้ จากการสน่ั พอง
• สังเกตและอธิบายการสะทอน การหักเห การเลี้ยวเบน และการรวมคลน่ื ของคลน่ื เสียง
• สบื คนขอมูลและอธิบายความสมั พันธระหวางความเขมเสียงกับระดับเสียงและผลของความถี่ กบั ระดบั เสียงทม่ี ีตอการไดยินเสียง
• สงั เกตและอธิบายการเกดิ เสยี งสะทอนกลบั บตี ดอปเพลอร และการส่นั พองของเสยี ง
• สืบคนขอมลู และยกตวั อยางการนําความรูเกย่ี วกับเสียงไปใชประโยชนในชวี ิตประจําวัน
• สงั เกตและอธิบายการมองเหน็ สขี องวัตถุ และความผิดปกติในการมองเห็นสี
• สงั เกตและอธิบายการทํางานของแผนกรองแสงสี การผสมแสงสี การผสมสารสี และการนาํ ไปใชประโยชนในชีวิตประจําวัน
• สืบคนขอมูลและอธบิ ายคลืน่ แมเหลก็ ไฟฟา สวนประกอบคลื่นแมเหล็กไฟฟา และหลักการ ทาํ งานของอุปกรณบางชนิดที่อาศัยคลื่นแมเหลก็ ไฟฟา
• สืบคนขอมลู และอธบิ ายการส่อื สาร โดยอาศยั คลืน่ แมเหลก็ ไฟฟาในการสงผานสารสนเทศ และ เปรยี บเทียบการสอ่ื สารดวยสัญญาณแอนะล็อกกบั สัญญาณดิจทิ ัล

คล่ืนกล

คลื่นกลเปน็ คลน่ื ที่ตอ้ งอาศยั ตัวกลางในการเคล่อื นทีห่ รือถา่ ยโอนพลังงาน อัตราเรว็ ของคลนื่ กลขนึ้ อยูก่ ับความยืดหยุ่นของ
ตวั กลางที่คลืน่ เคล่อื นผ่าน เช่น คล่นื ในเสน้ เชือก คล่ืนในสปริง คลน่ื น้าํ คลืน่ เสียง สามารถแบง่ คลน่ื กลออกเปน็ 2 ชนิด

คลนื่ ตามยาว (longitudinal wave) คลืน่ ตามขวาง (transverse wave)
เปน็ คลื่นทอี่ นภุ าคของตวั กลางเคลอื่ นท่ขี วางหรือตง้ั ฉากกับ
เป็นคล่ืนทอ่ี นุภาคของตวั กลางเคล่ือนท่ีตามหรอื ขนานกับ ทศิ การเคล่ือนท่ีของคลื่น เช่น คล่นื ผิวน้ํา คลื่นในเชอื ก
ทิศการเคล่ือนท่ีของคล่นื เช่น คลนื่ เสยี ง คลนื่ ตามยาวบน
ขดลวดสปริงทเี่ กดิ จากการดงึ หรืออดั สปริง ทศิ การเคลื่อนท่ีของอนุภาค

ทิศการเคลื่อนท่ีของอนุภาค

ทิศการเคลอื่ นที่ของคลนื่ ทิศการเคลื่อนท่ีของคลื่น

ส่วนประกอบของคล่นื

สนั คล่ืน (crest) λ ความยาวคล่ืน (wavelength)
เป็นตําแหนง่ ทม่ี ีการกระจดั สงู สดุ เหนอื แนวสมดลุ เป็นความยาวของคลืน่ 1 ลูกคลนื่

แนวสมดุล

A

ทอ้ งคล่ืน (trough) แอมพลจิ ูด (amplitude)
เปน็ ตาํ แหนง่ ท่มี กี ารกระจัดสงู สดุ ใต้แนวสมดลุ เป็นระยะกระจดั สูงสดุ จากแนวสมดุล

คาบ (period; T) คอื เวลาทค่ี ล่นื เคล่ือนทีไ่ ปเป็นระยะทาง 1 ความยาวคลื่น อัตราเรว็ ของคล่ืน (v) สามารถคาํ นวณได้จากสมการ

ความถ่ี (frequency; ) คือ จํานวนลูกคลืน่ ท่เี กิดขน้ึ ในหนงึ่ หนว่ ยเวลา v = Δx หรือ v = λ
Δt
ความถี่และคาบมีความสมั พันธ์กนั ดังสมการ = 1
T

สมบตั ขิ องคลื่น

การสะท้อน การหกั เห การเลีย้ วเบน การแทรกสอด

เมือ่ คลื่นเคล่ือนทไ่ี ปกระทบ เมอ่ื คลื่นเคลื่อนท่ผี า่ นรอยต่อ เมือ่ คลืน่ เคลอื่ นผา่ นมมุ หรือขอบ เมอื่ คลน่ื สองขบวนเคล่อื นท่ี
สิ่งกีดขวางแลว้ ไม่อาจเคลอ่ื นท่ี ระหว่างตัวกลาง 2 ชนิด ทม่ี ี ของสง่ิ กีดขวาง ส่วนของคลืน่ มาพบกันบนตัวกลางเดยี วกัน
ตอ่ ไปในทิศทางเดิมได้ คลนื่ จะ ความหนาแน่นตา่ งกัน ทศิ การ บริเวณใกลม้ ุมของสิ่งกีดขวาง จะเกิดการรวมกนั หรอื การ
เคล่ือนที่กลบั สตู่ ัวกลางเดมิ เคลอ่ื นท่ีของคล่นื จะมีการ จะเบนทศิ การเคลือ่ นที่อ้อมผ่าน แทรกสอดกนั
เปล่ยี นแปลง มมุ ของสิง่ กดี ขวางไปปรากฏอยู่
ด้านหลงั ส่ิงกดี ขวาง

คล่นื เสยี ง

เสียงเกดิ จากการสน่ั ของแหลง่ กําเนดิ เสียง โดยเสยี งเปน็ คลืน่ กลจงึ ตอ้ งอาศยั ตัวกลางในการเคลือ่ นท่ี การส่ันสะเทือนจาแหลง่ กําเนดิ
เสียงจะถา่ ยโอนผ่านตัวกลาง ทาํ ให้อนุภาคตัวกลางสัน่ เกดิ เป็นส่วนอัดและสว่ นขยายขน้ึ ในตัวกลางทค่ี ลืน่ เสยี งเคลื่อนทผี่ ่าน

อดั อดั อัด อดั อดั อัด

ขยาย ขยาย ขยาย ขยาย ขยาย ขยาย

ย่านความถีข่ องคลนื่ เสียงอยู่ในชว่ งประมาณ 0.1 เฮิรตซ์ ถึง 600 เมกะเฮิรตซ์ โดยแบ่งตามชว่ งความถไี่ ด้ ดังน้ี

0 Hz 20 Hz 20,000 Hz

คลนื่ เสยี งความถีต่ า่ คลนื่ เสียงท่ไี ดย้ ิน คลน่ื เสียงความถ่สี ูง

หรือคลืน่ ใตเ้ สยี ง (infrasound) เป็นคลื่นเสยี งทห่ี ูมนษุ ยป์ กติรับรู้ได้ หรอื คล่นื เหนอื เสียง (ultrasound)
เชน่ คล่นื ที่เกดิ จากกระแสลม เช่น เสียงพูดคุยของมนษุ ย์ เสยี งลาํ โพง เชน่ คลนื่ เสียงท่เี กดิ จาก คา้ งคาว โลมา
เสียงจากเครอื่ งดนตรี
คล่นื เสยี งทีช่ า้ งใชส้ ่ือสารในระยะไกล

สมบตั ิของคลื่นเสียง

การสะทอ้ นของเสียง การเลี้ยวเบนของเสียง

คลน่ื เสียง คล่ืนเสยี งเดนิ ทางอ้อม
ส่งิ กดี ขวาง โดยคลนื่ จะแผ่
คลนื่ เสยี งตกกระทบผวิ รอยตอ่ คลืน่ สะทอ้ น จากขอบของส่งิ กดี ขวางไป
ระหวา่ งตัวกลางหรือตวั กลาง ยังด้านหลงั ส่ิงกีดขวาง
ชนดิ เดยี วกนั แตอ่ ุณหภูมิต่างกนั การหักเหของเสียง การแทรกสอดของเสียง
คลืน่ เสียงสองขบวนที่มี
คล่ืนเสียงเคล่อื นทจ่ี ากตัวกลาง ความถเ่ี ท่ากันและมีเฟส
หนงึ่ ไปยังอกี ตวั กลางหน่งึ ตรงกนั เคลือ่ นทีม่ าซอ้ นกัน
โดยคล่นื เสยี งทเี่ คล่ือนที่ผา่ น จะเกิดการแทรกสอดกนั
ตวั กลางใหมจ่ ะมีความถี่คงเดิม

ธรรมชาตขิ องเสยี ง

ความเขม้ เสียง คอื พลงั งานเสียงท่ถี า่ ยโอนผ่านพื้นทซี่ ึง่ ต้งั ฉาก ระดับเสียง อธบิ ายความดงั ของเสียงทห่ี ขู องมนษุ ยป์ กติ
กับทศิ การเคลอ่ื นท่ีของเสยี งต่อหนว่ ยพ้นื ทใ่ี นหน่ึงหน่วยเวลา สามารถรับฟงั ได้อยใู่ นชว่ ง 0-120 เดซิเบล

หนว่ ยเดซเิ บล (dB) มคี า่ เป็น 1 ใน 10 ของหน่วยเบล หนว่ ยเดซิเบลหาคา่ ได้ จากสมการ

β คอื ระดบั เสียง (dB)

β = 10 log (II0) I คอื ความเขม้ เสยี ง (W/ 2)
I0 คอื ความเข้มเสียงทหี่ มู นุษยเ์ รมิ่ ไดย้ นิ เท่ากบั 10−12 (W/ 2)

ความเข้มเสียง 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 4 × 10-1 1
ระดับเสยี ง 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 116 120

ผลต่อการไดย้ ิน ยากตอ่ การไดย้ นิ เสยี งเบา เสยี งปานกลาง เสียงดงั เสยี งดังมาก สูญเสียการได้ยิน รู้สกึ ปวดหู



หูกบั การได้ยนิ

ส่วนประกอบของหู

หูชัน้ นอก

กระดูกค้อน ประสาทรบั เสยี ง ทาหนา้ ท่ี รบั เสียงจากภายนอก

ใบหู เย่ือแกว้ หู เปน็ ทางผา่ นของเสยี งและขยาย
สัญญาณเสียงบางความถ่ี

หชู นั้ กลาง

คอเคลยี ทาหนา้ ท่ี ขยายเสียงให้ดังข้ึนหรอื

รูหู ลดเสยี งใหเ้ บาลง และปรับความ
ดนั อากาศภายในหู

ท่อยสู เตเชียน หชู ้ันใน

กระดูกทั่ง กระดกู โกลน ทาหน้าท่ี แปลงสญั ญาณเสียงเป็น
สัญญาณประสาท และสง่ สัญญาณ
การรับร้ไู ปยงั สมอง

หกู บั การได้ยนิ

ปรากฏการณด์ อปเพลอร์ จะเกดิ ขน้ึ เม่อื แหล่งกาํ เนดิ เสยี งเคลือ่ นท่ี ผฟู้ ังเคล่ือนท่ี หรอื ทั้งแหลง่ กําเนดิ เสียงและผ้ฟู ังเคลอื่ นท่ี
โดยผฟู้ ังจะไดย้ ินเสยี งทีม่ คี วามถ่ีเปลย่ี นไป

ความถต่ี า่ ลง แหลง่ กาเนิดเสยี ง ความถสี่ ูงขน้ึ

A B

แหลง่ กาํ เนิดเสยี งเคล่อื นออกห่างผฟู้ งั A ซึ่งอยู่นง่ิ แหล่งกําเนิดเสยี งเคล่ือนเขา้ หาผฟู้ งั B ซ่ึงอยู่นิง่
เสียงที่ A ไดย้ นิ จงึ มคี วามถ่ตี า่ กว่าแหล่งกําเนิดเสยี ง เสียงที่ B ไดย้ ินจึงมีความถี่สงู กว่าแหลง่ กาํ เนดิ เสียง

คลืน่ แม่เหลก็ ไฟฟ้า

คลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า (electromagnetic waves; EM) เกดิ จากการรบกวนทางแมเ่ หล็กไฟฟา้ (electromagnetic disturbance)
โดยการทาํ ให้สนามไฟฟ้าหรอื สนามแม่เหลก็ มกี ารเปลีย่ นแปลง เมื่อสนามไฟฟ้ามีการเปล่ียนแปลงจะเหนี่ยวนาํ ให้เกดิ สนามแมเ่ หล็ก
หรือถา้ สนามแม่เหล็กมกี ารเปลี่ยนแปลงกจ็ ะเหนย่ี วนาํ ให้เกดิ สนามไฟฟา้ จึงจัดเปน็ คลนื่ ตามขวางแผอ่ อกไปจากแหลง่ กําเนดิ โดยไม่
ตอ้ งอาศยั ตวั กลางในการเคลื่อนที่หรอื ถ่ายโอนพลังงงาน และสามารถเคล่ือนท่ีในสุญญากาศได้

สว่ นประกอบและทิศทางการเคลอื่ นท่ีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า Y cറ

คล่นื แม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสนามแมเ่ หลก็ (B) และสนามไฟฟา้ (E) E B
ทเ่ี ปลยี่ นแปลงตามเวลาในระนาบที่ต้ังฉากกนั โดยการเหน่ยี วนํากนั อยา่ ง O E
ตอ่ เนอ่ื ง มีทิศการเคล่ือนทีห่ รือทิศการถา่ ยโอนพลงั งานของคล่ืนอยใู่ นทศิ B
เดยี วกับทิศการเคลื่อนที่ของคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า Z X
EB

คลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า

สเปกตรมั ของคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้า

วิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด แสงขาว อัลตราไวโอเลต รงั สีเอกซ์ รังสแี กมมา

ความยาวคลน่ื (m)

103 10-2 10-5 5×10-6 10-8 10-10 10-12

ขนาดเทียบเท่า

ชว่ งความถ่ี (Hz)

104-109 108-1012 1011-1014 1014 1015-1018 1016-1019 1019-1023



แสง

แสงเป็นคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าเพยี งชนดิ เดยี วท่นี ัยน์ตามนษุ ย์สามารถรับร้ไู ด้ แสงจากดวงอาทติ ย์หรอื แสงแดดเปน็ แสงใสไมม่ สี ี
เรียกวา่ แสงขาว (white light) เมอื่ แสงขาวหกั เหผา่ นปริซึม หรือผา่ นละอองนํา้ ในอากาศจะแยกออกเป็นแสงสีตา่ ง ๆ

สเปกตรมั ของแสงขาว ความยาวคล่นื (nm)

แสงขาว 700
650
600
550
500
450
400

ปรซิ ึมสามเหลย่ี ม

เน่ืองจากการหักเหไมเ่ ทา่ กนั สเปกตรมั ของแสงจะประกอบไปดว้ ย สีมว่ ง สคี ราม สนี า้ เงิน สีเขยี ว สีเหลอื ง สีแสด และสีแดง

สายตาสัน้ ตากบั การมองเห็น สายตาเอียง

มองใกลช้ ดั แต่มองไกลไม่ชดั ความผดิ ปกตทิ างสายตาและการแก้ไข มองเห็นภาพเบลอ
สายตายาว

มองไกลชดั แต่มองใกล้ไมช่ ัด

สาเหตุ : กระจกตาโค้งมากกว่าปกติ สาเหตุ : กระจกตาโคง้ นอ้ ยกวา่ ปกติ สาเหตุ : กระจกตามคี วามโค้งไมเ่ ทา่ กัน
แสงจากวตั ถุจงึ ตกไม่ถึงจอภาพ แสงจากวัตถจุ งึ ตกเลยจอภาพ แสงจากวัตถจุ ึงตกไมถ่ ึงจอภาพ

แก้ไข : สวมแวน่ ตาที่ทําจากเลนสเ์ วา้ แกไ้ ข : สวมแว่นตาทีท่ าํ จากเลนสน์ ูน แก้ไข : สวมแว่นตาทีท่ าํ จากเลนสท์ รง-
เพอ่ื กระจายแสงใหไ้ ปตกที่จอภาพพอดี เพ่อื รวมแสงให้ไปตกท่ีจอภาพพอดี กระบอกเพ่ือรวมแสงให้ไปตกทจ่ี อภาพพอดี

ตากับการมองเห็น

การผสมแสงสี

เมื่อฉายแสงสีแดง สีเขยี ว และสนี ้ําเงนิ ทมี่ คี วามเข้มเทา่ กัน แดง เหลอื ง เขยี ว
ให้ซอ้ นทบั กนั บนฉากขาวจะได้แสงขาว จึงเรียกแสงสีเหล่านี้
รวมกนั วา่ แสงสีปฐมภูมิ

แสงสีปฐมภมู ิ

RGB แดงม่วง แสงขาว
นา้ เงนิ เขียว
แสงสแี ดง แสงสีเขียว แสงสีนา้ เงนิ

แสงสีทุตยิ ภูมิ

YMC น้าเงิน

++ + การผสมแสงสปี ฐมภูมบิ นฉากขาว

ตากบั การมองเห็น

การผสมสารสี

เม่ือนําสารสนี ้าํ เงินเขยี ว แดงม่วง และเหลอื ง ที่มีความเข้ม นา้ เงนิ เขียว นา้ เงิน แดงม่วง
เท่ากนั มาผสมกันจะได้สารสีดํา จงึ เรยี กสารสเี หล่านี้วา่
สารสีปฐมภูมิ

สารสปี ฐมภมู ิ

CM Y เขยี ว ดา
แดง
สนี า้ เงนิ เขยี ว สีแดงม่วง สีเหลือง

สารสีทุตยิ ภูมิ

RGB เหลอื ง

+ ++ การผสมสารสีปฐมภูมิบนฉากขาว

ประโยชนข์ องคลนื่ แมเ่ หล็กไฟฟ้า

ขอ้ มูลหรือสารสนเทศไมส่ ามารถสง่ ไปในระยะทางไกลไดโ้ ดยตรง จึงตอ้ งแปลงข้อมลู ให้เป็นสัญญาณไฟฟา้ ทีเ่ รยี กวา่ สญั ญาณข้อมลู
กอ่ นส่งผ่านสอ่ื กลาง โดยสญั ญาณข้อมลู ท่ใี ช้ในการส่อื สาร แบง่ ออกเปน็ 2 ชนิด

สญั ญาณแอนะลอ็ ก (analog signal) สญั ญาณดิจทิ ลั (digital signal)

• สัญญาณมีลกั ษณะเป็นคลื่นตอ่ เนอ่ื ง • สญั ญาณมีลกั ษณะเปน็ คล่ืนไม่ตอ่ เน่อื งคล้ายข้ันบนั ได
• สญั ญาณจะเปลย่ี นแปลงต่อเน่ืองแบบคอ่ ยเป็นค่อยไป • ขนาดของสญั ญาณมคี า่ คงตวั เป็นชว่ ง ๆ
• สญั ญาณถูกรบกวนได้งา่ ย • การเปลยี่ นแปลงขนาดของสัญญาณเป็นแบบทันทีทันใด
• การใชง้ าน เช่น สัญญาณเสียงในสายโทรศัพท์ วทิ ยุ • สัญญาณถูกรบกวนไดย้ าก
• การใชง้ าน เชน่ สัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการทํางาน

ระดับสญั ญาณ ระดับสัญญาณ

เวลา 1 เวลา
0

ตากบั การมองเหน็

สอื่ กลางในการส่งผ่านขอ้ มลู

การส่ือสารข้อมลู ต้องอาศัยส่ือกลางในการส่งข้อมูลไปยงั จุดหมายปลายทาง สอ่ื กลางในการสอ่ื สารขอ้ มูลแบ่งเป็น 2 ประเภท

สือ่ กลางแบบใช้สาย ส่ือกลางแบบไร้สาย

ผสู้ ่ง ผรู้ บั

สายนาสญั ญาณไฟฟา้ ส่งขอ้ มูลด้วยระดบั สัญญาณไฟฟ้าที่ อินฟราเรด (infrared) ใช้เป็นสอื่ กลางในการส่อื สารระยะใกล้
แตกต่างกนั และตัวรบั สญั ญาณปลายทางจะแปลงขอ้ มูลให้ โดยไมม่ สี ิง่ กดี ขวาง เช่น คอมพวิ เตอร์กับเมาส์ไรส้ าย
ใกล้เคยี งหรอื เหมือนกบั ต้นทางทีส่ ง่ มา
คลนื่ วทิ ยุ (radio wave) ใชเ้ ปน็ สอื่ กลางได้ทง้ั ระยะไกลและใกล้
สายเส้นใยนาแสง ประกอบด้วยเสน้ ใยนําแสง (fiber optic) จะส่งขอ้ มลู ในรูปสัญญาณวทิ ยุผ่านอากาศไปยงั ตวั รบั สญั ญาณ
หลาย ๆ เส้นอยู่รวมกัน
ไมโครเวฟ (microwave) ใช้เป็นสื่อกลางในการส่ือสารระยะไกล
จะสง่ ขอ้ มูลเหมอื นกบั คล่นื วิทยุ แต่ผ่านส่ิงกีดขวางไม่ได้